【文章內容簡介】 .隨著集成電路技術的發(fā)展 ,傳感器的測量電路也逐漸開始集成芯片化 。 電阻應變式傳感器就是將被測物理量的變化轉換成電阻值的變化 , 再經相應的測量電路而最后 顯示或記錄被測量值的變化。 在這里，我們用電阻應變式傳感器作為測量電路的核心。并應根據測量對象的要求，恰當地選擇精度和范圍度。 電阻應變式傳感器的組成以及原理 電阻應變片由基體材料、金屬應變絲或應變箔、絕緣保護片和引出線等部分組成。根據不同的用途，電阻應變片的阻值可以由設計者設計，但電阻的取值范圍應注意：阻值太小，所需的驅動電流太大，同時應變片的發(fā)熱致使本身的溫度過高，不同的環(huán)境中使用，使應變片的阻值變化太大，輸出零點漂移明顯，調零電路過于復雜。而電阻太大，阻抗太高，抗外界的電磁干擾能力較差。一般均 為幾十歐至幾十千歐左右。 電阻應變式傳感器簡稱電阻應變計。當將電阻應變計用特殊膠劑粘在被測構件的表面上時，則敏感元件將隨構件一起變形，其電阻值也隨之變化，而電阻的變化與構件的變形保持一定的線性關系，進而通過相應的二次儀表系統(tǒng)即可測得構件的變形。通過應變計在構件上的不同粘貼方式及電路的不同聯接，即 可測得重力、變形、扭矩等機械參數。 工作原理： 在外力作用下產生彈性變形，使粘貼在他表面的電阻應變片（轉換元件）也隨同產生變形，電阻應變片變形后，它的阻值將發(fā)生變化（增大或減?。?，再經相應的測量電路把這一電阻變化轉換為 電信號（電壓或電流），從而完成了將外力變換為電信號的過程。 電阻應變式傳感器的測量電路 電阻應變片的電阻變化范圍為 — 歐姆。所以測量電路應當能精確測量出很小的電阻變化，在電阻應變傳感器中做常用的是橋式測量電路。 橋式測量電路有四個電阻，電橋的一個對角線接入工作電壓 E，另一個對角線為輸出電壓 Uo。其特點是：當四個橋臂電阻達到相應的關系時，電橋輸出為零，否則就有電壓輸出，可利用靈敏檢流計來測量，所以電橋能夠精確地測量微小的電阻變化。 測量電橋如圖 221： 常州信息職業(yè)技術學院電子與電氣工程學院 畢業(yè)設計論文 3 圖 221測量電橋 它由箔式電阻應變片電阻 R R R R4組成測量電橋，測量電橋的電源由穩(wěn)壓電源 E 供給。物體的重量不同，電橋不平衡程度不同，指針式電表指示的數值也不同?；瑒邮骄€性可變電阻器 RP1作為物體重量彈性應變的傳感器，組成零調整電路，當載荷為 0時，調節(jié) RP1使數碼顯示屏顯示零。這里若考慮系統(tǒng)高穩(wěn)定性，可選用 TedeaHuntleigh 的 2kg拉式稱重傳感器。 R1 R2 R3 R4 R5 R6 RP1 E 常州信息職業(yè)技術學院電子與電氣工程學院 畢業(yè)設計論文 4 第 3 章 差動放大電路 差動放大電路又叫差分電路，他不僅能有效的放大直流信號 ，而且能有效的減小由于電源波動和晶體管隨溫度變化多引起的零點漂移，因而獲得廣泛的應用。特別是大量的應用于集成運放電路，他常被用作多級放大器的前置級。 基本差動放大電路由兩個完全對稱的共發(fā)射極單管放大電路組成，該電路的輸入端是兩個信號的輸入，這兩個信號的差值，為電路有效輸入信號，電路的輸出是對這兩個輸入信號之差的放大。設想這樣一種情景，如果存在干擾信號，會對兩個輸入信號產生相同的干擾，通過二者之差，干擾信號的有效輸入為零，這就達到了抗共模干擾的目的。 差動放大電路基本電路圖 31 圖 31 差動放大電路的基本電路 差動放大電路的原理 本次設計中，要求用一個放大電路，即差動放大電路，主要的元件就是差動放大器。 在許多需要 用 A/D轉換和數字采集的單片機系統(tǒng)中， 多數 情況下，傳感器輸出的模擬信號都很微弱，必須通過一個模擬放大器對其進行一定倍數的放大，才能滿足 A/D轉換器對輸入信號電平的要求， 在此 情況下，就必須選擇一種符合要求的放大器。儀表 儀器放大器 的選型很多，我們這里介紹一種用途非常廣泛的儀表放大器，就是典型的差動放大器。它只需 高精度 LM358 和幾只電阻器，即可V1 V2 VCC VEE RC1 RC2 ui1 ui2 uo RB1 RB2 常州信息職業(yè)技術學院電子與電氣工程學院 畢業(yè)設計論文 5 構成性能優(yōu)越的儀表用放大器。廣泛應用于工業(yè)自動控制、儀器儀表、電氣測量等 數字采集的系統(tǒng)中。 本設計中差動放大電路結構圖如下 311： 圖 311 推導過程： I=721RVV ii ? Vo=(R8+R7+R8)I =(1+782RR )Vi， 則 Avf=1+782RR 放大電路與 ICL7107 的 連線示意圖 312 如下： A1 ∞ A2 ∞ R8 R8 R7 Vo Vi Vi1 Vi2 I 常州信息職業(yè)技術學院電子與電氣工程學院 畢業(yè)設計論文 6 圖 312 A1 ∞ A2 ∞ R8=30K R8=30K R7= K 5V IN IN+ Vref+ Vref COM Rp2 1M V+ RP3 常州信息職業(yè)技術學院電子與電氣工程學院 畢業(yè)設計論文 7 所用芯片 LM358 內部包括有兩個獨立的、高增益、內部頻率補償的雙運算放大器，適合于電源電壓范圍很寬的單電源使用，也適用于雙電源工作模式。它的使用范圍包括傳感放大器、直流增益模塊和其他所有可用單電源供電的使用運算放大器的場合。 芯片如圖 321： 圖 321 常州信息職業(yè)技術學院電子與電氣工程學院 畢業(yè)設計論文 8 第 4 章 A/D轉換 電路 A/D 轉化電路。 亦稱 “ 模擬數字轉換器 ” ，簡稱 “ 模數轉換器 ” 。將模擬量或連續(xù)變化的量進行量化（離散化），轉換為相應的數字量的電路。 A/D 變換包含三個部分：抽樣、量化和編碼。一般情況下，量化和編碼是同時完成的。 抽樣是將模擬信號在時間上離散化的過程； 量化是將模擬信號在幅度上離散化的過程； 編碼是指將每個量化后的樣值用一定的二進制代碼來表示。 A/D 轉換的 作用是進行模數轉換，把接收到的模擬信號轉換成數字信號 輸出。在選擇 A/D 轉換時，先要確定 A/D 轉換的位數，該設計運用的是雙積分式 A/D轉換器 ICL7107， A/D轉換誤的位數確定與整個測量控制系統(tǒng)所需測量控制的范圍和精度有關，系統(tǒng)精度涉及的環(huán)節(jié)很多，包括傳感器的變換精